佟颖,范涛,王南玉,高一然,李玉珩

1.黑龙江中医药大学附属第一医院,黑龙江 哈尔滨 150040; 2.黑龙江中医药大学,黑龙江 哈尔滨 150040

尿酸是嘌呤代谢和核苷酸代谢的废弃产物,其排泄过程有1/3发生在胃肠道,2/3发生在肾脏[1]。当尿酸生成增加或排泄不足时便会引起高尿酸血症。高尿酸血症作为全球第二大代谢性疾病,其与肾脏疾病的发生密切相关[2]。长期的高尿酸血症会诱发尿酸盐结晶在肾小管、肾髓质、肾间质中沉积,引起肾小管炎症,最终导致痛风性肾病(gouty nephropathy,GN)[3]。正常情况下,尿酸的产生与排泄始终处于一种平衡状态,在此过程中,脾、肾、肠道菌群,甚至线粒体发挥着至关重要的作用。中医学认为,尿酸属“浊”邪范畴,血尿酸在人体内大量堆积,化为尿酸浊邪,形成血浊[4]。浊邪的产生与脾胃相关,若脾虚运化失常,湿痰瘀互结,形成浊邪,久积于肾,最终形成GN。因此本文将基于“肠道菌群-线粒体自噬”探讨“从脾论治”GN的科学内涵,为GN的防治提供理论依据。

1 脾虚与肠道菌群的关系

《素问·太阴阳明论》载:“脾与胃以膜相连耳,而能为之行其津液。”脾主运化,谷食和水饮入胃,经胃腐熟,化为食糜,下传小肠以作进一步消化。但此过程必须有脾气的推动才能完成。《素问·玉机真脏论》注:“脾为孤脏,中央土以灌四傍。”将营养传输于他脏,以使诸脏腑发挥正常生理机能。《素问·脏气法时论》言:“脾病者,虚则腹满肠鸣,飧泄食不化。”脾胃升清降浊,二者相互为用,相反相成。若脾气虚弱不能升清,浊气亦不得下降,便可见腹泻、便溏等肠道症状[5]。故脾虚与肠道菌群失衡密切相关[6]。Yi等[7]研究证明,经番泻叶诱导的脾虚模型大鼠肠道菌群的门、目、科和属分类水平存在差异菌群,其中气球菌、变形杆菌、苏黎世杆菌属等有害菌属丰度显著增加;由健脾益胃功效的大枣提取物治疗后,发现大枣提取物可以通过减少棒状杆菌、变形杆菌、气球菌和摩根菌等病原微生物的数量,调节脾虚引起的肠道菌群失衡,进而改善和缓解脾虚大鼠的症状。有研究也证实,在脾虚综合征模型小鼠肠道中,乳酸杆菌、双歧杆菌等有益细菌的数量与小鼠脾虚综合征症状的严重程度呈负相关,经党参多糖治疗后,菌群分布异常得到明显改善[8]。故肠道菌群紊乱是中医学“脾虚”的重要生物学基础[9]。

2 脾虚与线粒体自噬的关系

脾主运化是饮食物代谢过程的中心环节,《素问·平人气象论》云:“人以水谷为本,故人绝水谷则死,脉无胃气亦死。” 脾胃通过将水谷中的精微运至全身,维持后天的生命活动。线粒体被誉为“能量工厂”,主要执行与细胞代谢有关的许多功能,它们通过电子传递链和氧化磷酸化系统为细胞活动提供能量,在维持人类生命活动中起着关键作用[10]。然而,线粒体容易受损,导致线粒体功能障碍和细胞稳态的破坏,这与多种疾病的发生密切相关,如心血管疾病、癌症、代谢障碍性疾病、感染等[11]。因此,维持线粒体数量和质量的稳定是治疗各种疾病的先决条件[12]。在此过程中,受损的线粒体需要立即分离并选择性地去除。线粒体自噬可以消除机体功能失调的线粒体,维持线粒体环境的平衡[13]。自噬系统靶向受损的线粒体,并将其递送到溶酶体进行降解[14]。这种分解代谢过程便称为线粒体自噬,对于维持线粒体和细胞稳态至关重要[15]。细胞通过几种非冗余机制执行线粒体自噬,包括PTEN诱导激酶1 (PTEN-induced putative kinase 1,PINK1)/帕金蛋白(Parkin)途径依赖的线粒体自噬,以及应激诱导的Nip3样蛋白X (NIP3-like protein X,Nix)、BCL2相互作用蛋白3(BCL2-interacting protein 3 Like,BNIP3L)、含FUN14结构域蛋白1 (FUN14 domain-containing protein 1,FUNDC1)等线粒体外膜(mitochondrial outer membrane,OMM)蛋白直接与微管相关蛋白1轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3,MAP1LC3)结合而启动的线粒体自噬[16]。然而,线粒体自噬是可以被抑制的。有研究证明,删除关键的线粒体自噬基因PINK1和Parkin,可以选择性抑制线粒体自噬[17]。除此之外,线粒体自噬抑制或溶酶体降解受损的药理学或遗传学表现一直与通过环鸟苷-腺苷合酶(cyclic GMP-AMP synthase,cGAS)、炎症小体和Toll样受体9(Toll-like receptor 9,TLR9)的信号传导增加相关[18]。并且,线粒体自噬抑制伴随着由不可恢复的线粒体功能障碍驱动的全面炎症反应[19]。这直接导致受损的线粒体不断堆积,使线粒体活性氧(mitochondrial reactive oxygen species,mtROS)等代谢产物生成增加。而受损堆积的线粒体成分和代谢产物可以作为损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)[20],影响线粒体稳态。

中医学“脾”与线粒体关系密切[21]。通过电镜观察脾虚证患者胃黏膜细胞线粒体的变化,发现脾虚患者胃黏膜壁细胞线粒体数目减少,进而提出了中医脾-线粒体相关学说。脾虚常导致线粒体形态和功能异常[22]。由于线粒体自噬是一种选择性的清除形式[15],而在脾虚诱导下产生的大量受损线粒体,不足以自我清除时,便极有可能导致线粒体自噬机制的紊乱。刘璐菘等[23]研究证明,脾虚模型大鼠胃黏膜细胞线粒体结构和功能损伤与PINK1-Parkin通路抑制所导致的线粒体自噬水平低下有关。这便说明脾虚可以影响线粒体自噬。

3 脾虚与GN的关系

中医学认为“脾乃后天之本,肾乃先天之本”,两者不仅在生理上协调互济,而且在病理上互相影响。脾通过其运化功能,将水谷转化为精微,传输至全身,化为精、气、血、津液,营养脏腑、经络、四肢百骸等,使其发挥正常的生理机能。《素问·痹论》曰:“饮食自倍,肠胃乃伤。”嗜食肥甘厚味、饮酒无度,易生湿、化痰、助火,致使脾胃气机升降受阻,痰湿困于脾,脾失健运,日久则成瘀[24]。湿痰瘀等互结成“浊”,浊邪日久入血则成“血浊”,积于脉中,排出障碍,可引起尿酸异常沉积[25]。现代医学也指出,GN与进食过多高嘌呤食物、过量饮酒等关系密切。人体津液代谢过程中,不仅靠脾气之转输,而且靠肾气之推动。津液在肾气的蒸化推动下,清者经脾达肺,浊者化而为尿,下输膀胱。脾失健运,水湿内生,可致肾虚,进而影响肾的气化功能。津液不化,引起水液代谢障碍,出现尿少等现象,尿少不足以将湿痰瘀等尿酸浊邪及时排出体外,致使尿酸升高。尿酸久积于肾,伤及肾脏,发生GN。对于脾肾之关系,《本草纲目》载:“肾气虚者,脾气必弱;脾气弱者,肾气必虚。”孙升云教授也指出从脾治肾或脾肾同治是中医治疗肾脏病的重要内容[26]。

4 肠道菌群-线粒体自噬-GN

4.1 肠道菌群失衡影响线粒体自噬肠道菌群与线粒体之间的相关性可以追溯到α-变形杆菌[27]。线粒体与细菌具有同源特征,细菌和线粒体蛋白靶向序列表现出相似性和密切谱系,导致线粒体成为肠道菌群的靶点[28]。脾虚致肠道菌群失调,破坏肠道屏障,使肠道通透性增加,有害物质和病原体易位到血液中。作为回应,身体产生细胞因子和其他介质,有效地激活炎症反应[29]。因此,与线粒体相关的先天免疫激活是肠道菌群的重要靶标[30]。已有研究证明,肠道菌群及其代谢物的改变会诱导线粒体中ROS的积累,并导致氧化应激和线粒体损伤[31]。线粒体损伤激活了线粒体自我清除机制,导致线粒体自噬。近期研究发现,利福昔明作为一种不可吸收的抗生素,可以重塑肠道菌群,而肠道菌群在循环中产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA),能够充当调节自噬的信号分子[32]。这在一定程度上证实了肠道菌群可以影响线粒体自噬。至于肠道菌群紊乱影响线粒体自噬的具体机制还需进一步研究。

4.2 线粒体自噬是影响GN的重要因素在GN进展过程中,发现GN患者的NOD样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)炎症小体水平明显高于正常人[33]。而尿酸作为一种内源性DAMPs可以激活NLRP3炎性小体[34],这可能是尿酸通过mtROS的产生和线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)变化的机制来协调NLRP3炎症小体激活[35]。NLRP3的寡聚化激活半胱天冬酶-1(caspase-1),活化的caspase-1切割细胞内白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和IL-18前体,形成成熟的IL-1β和IL-18[36]。它们可以介导炎症、细胞凋亡和坏死并引起炎症级联反应[37]。最终导致肾小管上皮细胞的损伤,促进GN的发展。值得注意的是,线粒体在整个过程中扮演着重要的角色。线粒体受损的促炎特征是氧化应激,氧化的mtDNA和mtROS释放到细胞质中与NLRP3相互作用[38]。而敲除线粒体转录因子A (mitochondrial transcription factor A,mtTFA)去除mtDNA会抑制NLRP3活化和IL-1β表达[39]。作为线粒体质量控制机制的线粒体自噬,能介导先天免疫并防止 NLRP3 的过度刺激和多余炎症[40]。而当线粒体自噬紊乱,会导致受损和功能失调的细胞器的积累,这些细胞器可作为ROS生产者,并对细胞造成危险[41]。这间接说明了线粒体自噬治疗GN的可能分子机制。除此之外,已经证明线粒体损伤诱导的mtDNA泄漏到细胞质时可以与cGAS结合,催化环鸟苷酸-磷酸腺苷(cyclic GMP-AMP,cGAMP)的合成,随后促进干扰素刺激基因(stimulator of interferon gene,STING)刺激物的激活,这是导致肾脏炎症、损伤和纤维化的关键因素[42]。STING作为调节炎症和免疫反应的重要分子,刺激NLRP3的活化并促进成熟炎症细胞因子的释放[43]。更重要的是,STING在肾脏疾病中表现出促炎作用。在一项有关尿石素A治疗高尿酸血症肾病模型小鼠的实验中发现,尿石素A通过抑制STING-NLRP3诱导的炎症反应和恢复PINK1/Parkin介导的线粒体自噬改善高尿酸血症性肾病[44]。

4.3 肠道菌群与GN的双向联系众所周知,肠道是尿酸排泄的重要器官,尿酸代谢障碍不仅诱导了GN的发生,而且极有可能影响到肠道菌群。肠-肾轴理论认为肠道菌群的紊乱能够引起肠道屏障功能受损及全身微炎症反应,进而加重慢性肾脏病进程[45]。肠-肾轴理论很好地解释了肠道菌群与肾脏疾病之间的双向联系[46]。一方面,肾功能受损可能导致肠道菌群失调[47],另一方面,肠道菌群的改变使内毒素和细菌代谢物通过破坏肠黏膜屏障从肠道易位到体循环中,诱导全身炎症,从而加速肾损伤[48]。正常情况下,健康的肠道菌群主要由厚壁菌门和拟杆菌门组成[49]。最近一项关于肠道菌群与GN关联的研究显示,GN模型大鼠肠道菌群中厚壁菌门丰度降低,变形菌门丰度增加,出现肠道菌群失调[50]。前期研究也证实,GN模型小鼠肠道菌群中,拟杆菌属、苏黎世杆菌属丰度升高,而乳酸杆菌、杜氏杆菌、毛螺球菌属丰度降低[51]。这无疑直接证明GN与肠道菌群之间存在密切的联系。

5 结语

尽管目前GN的机制研究和治疗方法一直在不断改善,但其依然是全球难治愈性疾病。本文综述了在GN进展过程中与中医脾脏、肠道菌群、线粒体自噬之间存在的密切联系。通过健脾可助尿酸浊邪代谢平衡,调节肠道菌群,促进线粒体自噬,从而预防和治疗GN。而在整个过程中“肠道菌群—线粒体自噬”发挥着重要的枢纽作用。线粒体和细菌的相似性,注定了其与肠道菌群存在必然的联系。中药因其多靶点和全身治疗的优势在我国被广泛使用,能够同时调节肠道菌群和包括线粒体自噬在内的多种线粒体生理过程。肠道菌群不仅被证明是调节机体代谢的内分泌器官,而且能调节天然化合物的生物转化,提高生物利用度。重要的是,脾虚与肠道菌群和线粒体自噬之间的相互作用,建立了一个影响GN发展的免疫和代谢网络,这有可能是中药防治GN的潜在靶点。然而,其之间因果关系尚未明确,需要进一步分析。以中医理论为基础,通过宏基因组、代谢组学等现代研究阐明其关系,为中医治疗GN提供新的分子生物学依据。